Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Значительным усовершенствованием рафинирования свинца следует считать непрерывный процесс, разработанный и внедренный в 1932 г. на заводе Брокен-Хилл в Порт-Пири (Австралия).
Обезмеживание не включено в общий цикл непрерывного рафинирования и производится в котлах обычным методом. Описанным раньше способом перерабатываются и получаемые при этом шликеры.
Состав продуктов цеха обезмеживания следующий, %:
Обезмеженный свинец в 15-т ковшах перевозят в 90 т буферные котлы, из которых насосом при хорошо регулируемой величине подачи непрерывной струей подают в каскадно расположенные рафинировочные агрегаты.
Для удаления сурьмы и мышьяка служат две отражательные печи, одна из которых резервная. Печи с наружным размером 4,95x1,95 м и ванной 4,57x4,52 м футерованы стеатитом (плотным тальком); стены и свод их кессонированы.
Свинец непрерывно поступает через приемник с одного торца печи и удаляется при 760° с противоположного торца через внутренний сифон.
С того же торца удаляется и шлак, направляемый либо в печь для обогащения, либо в печь для получения сурьмянистого свинца.
Свинец окисляется и перемешивается воздухом, подаваемым через трубки диаметром 25 мм, опущенные в ванну через свод. Трубки с торца заглушены и имеют по четыре радиальных отверстия диаметром 9 мм. Давление воздуха 2,5—4 ати. Печь отапливается мазутом; глубина ванны 300 мм.
Исследованиями было установлено, что при содержании в свинце 0,025% Sb скорость ее окисления максимальна. Переносчиком кислорода является шлак, содержащий трехокись сурьмы:
При содержании до 2% примесей в черновом свинце и нормальной производительности печь работает без подтопки, которая в случае необходимости производится мазутом. Так же обогреваются и вое другие агрегаты.
Шлак, полученный после смягчения, обогащается до содержания 25% Sb восстановительной плавкой с углем в отражательной печи размером 3,34x4,25 м. Одновременно получают свинец, содержащий 1,5% сурьмы. Часть шлака гранулируют и используют в качестве разжижающей добавки при обесцинковачии свинца; основную массу сурьмянистого шлака плавят с содой и углем. Содовый шлак направляют в шахтную плавку, а сурьмянистый свинец рафинируют до товарного содержания сурьмы.
Свинец после удаления из него сурьмы охлаждают и пропускают через регулировочную печь, из которой по желобу (под слоем угля во избежание окисления) при 650° подают на обессеребрение.
Для непрерывного обессеребрения служат два вертикальных бочкообразной формы котла емкостью по 350 г каждый (рис. 59) Один из котлов — резервный.
Котлы состоят из четырех чугунных секций общей высотой 6,9 м и максимальным диаметром 3 м. Котлы окружены кирпичной кладкой, состоящей из шести самостоятельно отапливаемых секций, что позволяет точно регулировать температуру по высоте котла. Температура в верхних секциях поддерживается на уровне 600°, в нижней конической части — близкой к температуре затвердевания свинца.
Котел постоянно заполнен свинцом, на поверхности которого находится слой цинка толщиной 0,9 м. Поступающий в верхнюю часть котла свинец проходит через слой цинка и насыщается им. Растворенный в свинце цинк реагирует с золотом и серебром, извлекая их из свинца. Опускаясь в нижнюю, холодную часть котла, свинец теряет растворенный в нем цинк, движущийся навстречу новым порциям рафинируемого свинца.
Обессеребренный свинец удаляется из котла по сифонной трубе, опущенной к его дну. Периодически, по мере насыщения, цинковый сплав удаляют из котла и заменяют новыми порциями цинка, расход которого не превышает 7,5 кг/т свинца, что почти в два раза меньше, чем при периодическом процессе. Сплав содержит 15—20% Ag, 15% Pb и 65% Zn. Последующие дистилляция и купеляция такого сплава заметно упрощаются. Производительность котла составляет 30 т свинца в час.
Ранее свинец после обессеребрения подвергали обесцинкованию в такой же печи, как и для смягчения. Процесс вели при 760° с добавкой в печь (для снижения температуры плавления шлака) сурьмянистого шлака, содержащего 20—25% Sb. В настоящее время на заводе в Порт-Пири непрерывное вакуумное обесцинкование внедрено в промышленном масштабе и проводится оно в аппарате, показанном на рис. 60.
Свинец, содержащий около 0,57% цинка и подогретый после обессеребрения до 620°, перекачивается в вакуум-дистилляционный котел из 25-мм малоуглеродистой стали, имеющий водоохлаждаемую крышку, герметизированную резиновым уплотнением. К центральной части крышки внизу приварен водоохлаждаемый холодильник-конденсатор с наружной конической рифленой поверхностью. Внутри котел имеет коническую стальную рубашку; в пространство между ней и котлом по двенадцати трубкам диаметром 18 мм поступает свинец, стекающий тонким слоем по внутренней поверхности рубашки. При этом цинк из свинца отгоняется и осаждается на наружной поверхности конденсатора. При отсутствии дроссов свинец покрывает до 80% поверхности рубашки, при наличии дроссов эта поверхность может уменьшиться до 10%.
В котле поддерживают вакуум 20—50 мк. Обесцинкованный свинец, содержащий 0,03—0,06% Zn, при температуре 550° стекает по ложному дну котла через барометрическую трубу в приемник. В центральной части днища проходит труба вакуумной линии, заканчивающаяся в кольцевом вырезе конденсатора. Производительность котла достигает 37 т/час свинца при извлечении до 95% Zn. В конденсаторе осаждают до 3 г цинка, после чего котел на несколько минут отключают, заполняют аргоном и меняют крышку с конденсатором.
Рафинированный таким способом свинец содержит 99,993% Pb, 0,003% Sb, 0,002% Zn и менее 1 г/г Ag.
Схема непрерывного рафинирования приведена на рис. 61.
Несмотря на то, что описываемый процесс имеет следующие существенные преимущества перед периодическим (высокая производительность и степень механизации, малый расход топлива, простота извлечения сурьмы и переработки ее в товарную продукцию, получение цинкового сплава, в котором концентрация серебра и золота более чем в 100 раз превышает концентрации их в свинце) его длительное время применяли только в Порт-Пири; с 1949 г его стали применять на других заводах и, в частности, на заводах Бункер-Хилл (Келлог, США), Монтерей (Мексика), Окер (Германия).
На заводе Монтерей с 1949 г. работает установка по непрерывному смягчению и обессеребрению свинца производительностью 6400 т в месяц.
Свинец, содержащий 0,2% Cu, 1,0% Sb, 1,5% As, 0,1% Bi расплавляют в котле емкостью 130 г и обезмеживают серой до содержания меди 0,01%. Медные шликеры плавят в отражательной печи, из которой свинец возвращают в котел, а штейн отправляют на сторону. Обезмеженный свинец перекачивают в буферный котел и из него — в печь для смягчения.
Печь с внутренними размерами 1,2хЗ,0х0,9 м кессонирована и отапливается естественным газом. Глубина ванны свинца 450 ми, способ подачи свинца и отвода продуктов такой же, как в Порт-Пири. Воздух для продувки подается с давлением 3 ати по трубкам диаметром 19 мм. В рафинированном свинце содержится 0,001% As и 0,05% Sb.
Шлак подвергают восстановительной плавке, основную массу свинца возвращают в процесс рафинирования. Богатый шлак плавят в шахтной печи на сурьмянистый свинец.
Свинец после смягчения и подогрева в промежуточной печи до 650 поступает в один из двух котлов для обессеребрения. Котел высотой 5,5 м и диаметром 2,45 м (эллипсоид вращения) состоит из четырех секций с индивидуальным отоплением Толщина цинкового слоя 1 м, температура его 590°, температура у дна 322°. Производительность котла до 15 т/час при содержании серебра после обессеребрения около 0,7 г/т.
Обесцинкование свинца производится щелочным методом периодически, обезвисмучивание — свинцовокальциевым сплавом и магнием; «доводка» свинца — хлором или хлористым свинцом.
В получаемом при обессеребрении цинковом сплаве содержится 60% Zn, до 20% Au+Ag, до 14% Pb и 1% Cu, Его подвергают купеляции.
Вопреки существовавшей ранее точке зрения о применимости непрерывного рафинирования только для заводов с большой производительностью и постоянным составом чернового свинца, на заводе Окер с 1952 г. введено непрерывное смягчение и обессеребрение. Производительность здесь в 6—7 раз меньше, чем в Порт-Пири, свинец непостоянного состава, отсутствует стеатит для футеровки.
Печь размером 3x1,5х1,3 м с площадью 4,5 м2 футерована магнезитовым кирпичом, а вся поверхность стен кессонирована. Толщина кладки подины и свода 250 мм, стен — 120 мм. Для уменьшения количества швов применяется крупноблочный кирпич. Печь отапливают генераторным газом. Воздух для окисления просасывается вентилятором над ванной.
Обезмеженный свинец подают в промежуточный котел, в котором необходимый уровень регулируется заслонкой на возвратном желобе. Глубина свинцовой ванны 400 мм. Свинец из печи самотеком поступает в котел для обессеребрения. Шлак выпускают через летку, расположенную на отметке сливного порога сифона. Когда толщина слоя шлака достигает 50—100 мм, повышают сливной порог сифона и свинец, поднимаясь, вытесняет шлак из печи.
Сжатый воздух в ванну подают под давлением 3 ати по двум стальным трубкам диаметром 9,5/4,5 мм, наклонно введенным через торец печи Глубина их погружения в ванну 300 мм. Трубки наращивают через каждые 2—3 часа.
Суточную порцию свинца весом 60—65 т, содержащего до 3% суммы As, Sb и Sn, подвергают непрерывному рафинированию со скоростью 8—16 т/час, длящемуся 4—8 час. в сутки.
Свинец из печи выпускают при 760—780°, шлак выпускают в жидком виде, чему способствует подогрев, на который расходуется 50—100 нм3 газа в час Регулирование и обслуживание печи весьма просты. Описываемая печь используется на 30%, раньше для этого требовалось две печи площадью 34 м2.
Колебание примесей в свинце достигает 1—3% Sb; 0,05—0,5% As, 0,1—0,3% Sn. После рафинирования свинец содержит 0,05% Sb (так как более глубокая очистка не требуется) и 0,01% As. Шлак содержит 12—15% Sb, до 2% As, 0,4% Sn, 0,01% Cu, -10 г/т Ag и 5—10 г/т Bi. Он беден свинцом, так как хорошо от него отделяется и подвергается плавке на сурьмянистый свинец.
Скорость окисления составляет 35—50 кг/час на 1 м2 поверхности ванны, т е в 10 раз больше, чем при периодическом процессе.
Расход топлива 1,7% к весу свинца. Срок службы футеровки печи 4 месяца.
Описанная схема непрерывного рафинирования является в настоящее время наиболее совершенной по производительности и степени механизации. В настоящее время на заводе Порт-Пири и в ряде других мест исследуется процесс непрерывного обезвисмучивания свинца. Положительное решение этого вопроса сделает описываемую схему еще более совершенной.